Раздел 3 эксплуатационный

3.1 Технические данные об изделии

Разработанное устройство имеет следующие технические характеристики:

• размер изображения 8 х 112 точек

• высота символа 60 мм

• яркость светодиодов 150 мКд

• максимальная длина текста 6912 символов

• кодировка текста ASCII

• частота кадров 50 Гц

• интерфейс связи с ПК RS-232

• напряжение питания устройства +6..9В

• потребляемая мощность, не более 10,0 Вт

3.2 Функциональный состав

Конструктивно устройство выполнено в виде закрытого блока с установленными в нем светодиодной матрицей, и блоком управления. Блок питания выносной, представляет собой сетевой адаптер ~220VAC/6..9VDC 1,5A. Светодиодная матрица состоит из модулей, содержащих матрицу светодиодов 8 х 8.

Блок управления представляет собой печатную плату с размещенными на ней микроконтроллером, адаптером интерфейса RS-232, силовыми ключами и микросхемами сдвигового регистра.

Функциональная схема устройства приведена на листе 1 Графического приложения. Светодиодная матрица представляет собой набор из светодиодов, соединенных по строкам и столбцам в 2 группы. Аноды светодиодов образуют строковые сигналы управления, а катоды – сигналы столбцов. Из-за большого числа светодиодов вся матрица разделена на 2 подматрицы, сигналы строк в которых управляются от независимых ключей – усилителей тока. Усилители столбцов представляют собой нижние ключи, которые подключаются к сдвиговому регистру. В регистр информация загружается в последовательном коде от микроконтроллера, который управляет всем устройством. Верхними ключами строк контроллер управляет непосредственно с выходов своих 8-битных портов. Текст, выводимый бегущей строкой, а также все параметры этого текста, спецэффекты, хранятся в специальной энергонезависимой flash-памяти, с которой контроллер связан по интерфейсу SPI.

Настройка работы бегущей строки, запись текста, параметров осуществляются с ПК через интерфейс RS-232. Для его поддержки в устройстве предусмотрен специальный адаптер, который преобразует сигналы ТТЛ-уровня в сигналы стандарта RS-232 и обратно. Стандартный COM-порт ПК имеет всего 8 сигналов, из которых используется всего 2: TxD – передача данных и RxD – прием данных. Обмен данными осуществляется в полудуплексном режиме, по протоколу Modbus ASCII.

Датчик температуры представляет собой интегральную микросхему типа DS1820 производства фирмы Dallas. Данные выдаются в цифровом виде, по специальному однопроводному интерфейсу 1-Wire^®. Этот уникальный интерфейс позволяет передавать команды и данные в обоих направлениях всего по одному проводу, а также запитывать сам датчик от этого же провода. Разумеется, для подключения датчика требуется также "земляной" провод. Более того, специальная система адресации и связанных с этим команд позволяет посадить на общую шину неограниченное число датчиков, благодаря наличию у каждого датчика уникального, неповторяющегося, 64-битного адреса, записываемого при их производстве. В данном устройстве подключение нескольких датчиков не требуется, поэтому эта возможность не используется. Корректность передаваемых по интерфейсу информации проверяется специальным 8-битным циклическим кодом CRC8. Описание интерфейса 1-Wire^® и его системы команд приведено в Приложении А.

Как было сказано, для настройки параметров табло, коррекции времени используется ПК. Для большего удобства работы с панелью на ее боковой стенке устанавливаются 2 кнопки, подключаемые напрямую к микроконтроллеру. Они позволяют с помощью простой последовательности шагов подстроить текущее время без использования ПК.

Питание табло осуществляется от внешнего источника постоянного тока, который представляет собой сетевой адаптер с выходным напряжением +6..9В и током до 1 А. Стабилизатор +5В вырабатывает напряжение, необходимое для работы цифровых микросхем. Для питания светодиодной матрицы используется дополнительный регулируемый стабилизатор пониженного напряжения, к выходу которого подключаются ключи строк и столбцов. Это позволяет исключить использование токоограничительных резисторов в цепях столбцов и повысить яркость изображения за счет быстрого переключения между строками. Вместе с резисторами светодиоды создавали бы RC-цепь с ограниченным временем нарастания тока, что при динамической развертке изображения крайне нежелательно. Последовательное подключение стабилизаторов +5В и питания светодиодов распределяет тепловую нагрузку на оба стабилизатора, снижая их нагрев от выделяемой мощности до безопасного уровня.

3.3 Описание принципиальной схемы

Устройство бегущей строки включает в себя светодиодную матрицу и блок управления. Размер матрицы 8 строк на 112 столбцов. Конструктивно матрица состоит из модулей – печатных плат с 64 светодиодами. Принципиальная схема типового модуля приведена на Листе 4 Графического приложения. Помимо светодиодов, модуль содержит транзисторные ключи с токоограничительными резисторами, которые установлены для обеспечения ударного тока включения светодиодов при динамической индикации.

64 светодиода модуля организованы в 8 строк и 8 столбцов. В строки объединяются аноды светодиодов, в столбцы – их катоды. Транзисторы VT1–VT8 коммутируют сигналы столбцов на общий провод. Управление транзисторами осуществляется с выходов сдвигового регистра, активный сигнал – лог.1. Сигнал управления подается с разъема XS1 на базу транзисторов через токоограничительные резисторы R1 – R8.

Сигналы строк управляются напрямую от блока управления. Разъемы X1 – X16 установлены по обе стороны от модуля, который имеет ширину, равную произведению числа столбцов на шаг между диодами. Таким образом, из нескольких модулей можно составить матрицу большего размера. Соединение сигналов строк между модулями производиться паянными перемычками, а подключение к блоку управления – отдельными проводами без разъемного соединения.

Схема блока управления показана на Листе 2 Графического приложения. Центральным элементом устройства является микроконтроллер DD16. Его тактирование осуществляется от собственного кварцевого резонатора Q1. Микроконтроллер работает по собственной программе и управляет всеми другими элементами схемы.

Силовые ключи строк собраны на транзисторах VT1 – VT16 структуры p-n-p. На эмиттеры транзисторов подается напряжение питания светодиодной матрицы, которое стабилизируется микросхемой DA2. Подстройка напряжения осуществляется резистором RP1. Конденсатор C21 повышает стабильность выходного напряжения, диоды VD2, VD3 защищают стабилизатор от пробоя. На базы ключевых транзисторов сигнал управления подается с микроконтроллера через токоограничительные резисторы R4 – R19. Конденсаторы C29 – C44 форсирующие, служат для ускорения включения и выключения транзисторов, что особенно важно для динамической индикации. Тем самым можно добиться большего ударного тока и, соответственно, большей яркости светодиодов без опасности их пробоя.

Напряжение питания +5В вырабатывается вторым параметрическим стабилизатором DA1. Конденсаторы C1 – C18 – фильтрующие, служат для подавления помех по цепям питания и уменьшения пульсаций.

Текст бегущей строки хранится в памяти на микросхеме DD15. Для подключения к микроконтроллеру используется интерфейс SPI, включающий в себя 3 сигнала: MISO, MOSI, SCK. Дополнительно, для выбора микросхемы (разрешения работы) используется сигнал CS, подключаемый к порту PB4 МК. Сигнал аппаратной защиты от записи WP посажен на +5В, т.е. защита отсутствует, что требуется при программировании текста. Однако на программном уровне реализуется 2 уровня защиты от ошибочной записи данных.

Разъем XP15 предназначен для подключения внешнего программатора. Он также подключается по интерфейсу SPI и осуществляет запись программного кода в микроконтроллер. Резистор R1 и конденсатор C25 образуют цепочку начального сброса микроконтроллера по включению питания. В начальный момент времени конденсатор C25 разряжен и формирует сигнал лог.0 на входе сброса микроконтроллера RESET. После заряда конденсатора до напряжения лог.1 микроконтроллер запускается. Сброс может быть инициирован также программатором, который переводит линию RESET в лог.0, заставляя разряжаться конденсатор C25. Для уменьшения разрядного тока до безопасного уровня установлен резистор R2.

Кнопки SB1, SB2 подключаются напрямую к микроконтроллеру, и дополнительных элементов для своей работы не требуют. Порты PB2, PB3, к которым они подключены, конфигурируются как входы с подтягивающими резисторами. Обработка сигналов кнопок осуществляется программными средствами.

Цифровой датчик температуры подключается к порту PD2. В процессе работы этот порт микроконтроллера конфигурируется как вход с подтягивающим резистором либо как выход с активными сигналами лог.0 и лог.1.

Адаптер интерфейса RS-232 представляет собой микросхему DA3. Конденсаторы C19, C20, C23, C24 обеспечивают работу встроенного конвертера напряжения. Подключение ПК осуществляется через разъем XP16 типа DB-9.

Сдвиговый регистр, управляющий сигналами столбцов, образуется микросхемами DD1 – DD14. Эти регистры включены по последовательной схеме, с объединенными входами сброса и тактирования. Управление регистром идет напрямую от портов микроконтроллера. Выходные сигналы регистра подаются на разъемы XP1 – XP14, к которым с помощью кабеля подключаются отдельные модули светодиодной матрицы.

3.4 Описание работы устройства

При первом включении устройства текст бегущей строки отсутствует. На дисплее отображается текущее время и температура, считанная с датчика температуры. Если датчик отсутствует, или подключение к нему не установлено, температура отображаться не будет. Следует также учитывать, что время при отключении питания сбрасывается, поэтому его необходимо настраивать каждый раз после включения устройства.

Установить точное время можно как с ПК, так и от двух кнопок, расположенных на боковой стенке корпуса рядом с разъемами питания и связи с ПК. При нажатии первой (верхней) кнопки устройство переходит в режим установки времени. При этом изменяемое значение – часы, минуты или секунды – мигают примерно раз в секунду. При нажатии второй кнопки это значение увеличивается на 1. Достигнув максимального значения, при следующем нажатии кнопки оно сбросится в 0. Запоминание значения производится также нажатием первой кнопки.

В остальном настройка устройства производится с ПК. Для этого на компьютере (ноутбуке) запускается программа обслуживания бегущей строки, где пользователь может запрограммировать текст бегущей строки, установить скорость его движения, а также длительность паузы между повторами запуска текста. Во время пауз на дисплее отображается текущее время и температура. Пользователь также может изменить и запрограммировать шрифт символов, однако при ограниченном размере (5 х 7 точек) для большинства букв, цифр и знаков существует единственно оптимальное начертание. Эта возможность может быть полезна при создании собственных специальных знаков.

После передачи установленных параметров панель сразу же начинает работать с новыми настройками. Аппаратные настройки устройства осуществляются при сборке и отладке и в процессе эксплуатации не меняются.

3.5 Общие указания по эксплуатации

Длительная, безотказная работа устройства обеспечивается при соблюдении следующих правил:

1.Не допускается эксплуатация устройства с открытой задней крышкой, поврежденными элементами конструкции.

2. Не допускать попадания на корпус любой жидкости.

2. К ремонту устройства допускаются только квалифицированный электротехнический персонал, имеющий представление о принципе работы устройства.

3.6 Указания мер безопасности

1. К работе с устройством допускаются лица, изучившие правила технической эксплуатации и прошедшие инструктаж по технике безопасности;

2. Устройство должно быть надежно заземлено;

3. При проведении ремонтных работ питание должно быть отключено;

3.7 Подготовка изделия к работе

Панель бегущей строки устанавливается в помещении, в любом удобном для просмотра текста месте, по выбору заинтересованного в этом лица. Допускается прямое попадание солнечных лучей, но при этом читаемость текста не гарантируется. Питание устройства осуществляется от внешнего блока питания, который размещается в недоступном для посторонних людей месте. После первого включения убедиться в работоспособности панели – на дисплее должны быть отображены время и температура. Датчик температуры подключается к панели через разъем RCA ("тюльпан"), любым кабелем длиной до 30 м. Датчик устанавливается внутри помещения – на уровне 150 – 180 см от пола, либо на улице с северной стороны здания.

Связь с ПК осуществляется с помощью нуль-модемного кабеля соответствующей длины. После первого включения и подключения ПК убедиться в наличии связи. Для этого запустить программу обслуживания устройства, и удостовериться, что подключение установлено: в строке состояния будут отображаться параметры подключения, серийный номер строки, версии программного и аппаратного обеспечения. При отсутствии связи проверить кабель и настройки COM-порта ПК. Для связи с устройством используются следующие параметры:

- скорость 19200 бод;

- длина данных 8 бит;

- бит четности – не используется;

- длина стоп-бита – 1 бит;

- номер порта – любой свободный.

После установки текущего времени и записи текста устройство готово к работе.

3.8 Характерные неисправности и методы их устранения

Наиболее частыми причинами неисправностей могут быть:

- пониженное напряжение питания;

- несоответствие реальных временных и электрических параметров входных сигналов паспортным параметрам;

- плохой контакт в интерфейсных разъемах;

- выход из строя ЭРЭ прибора;

- нарушение контакта в местах пайки печатной платы.

Поиск неисправностей всегда следует начинать с проверки напряжения питания +6..9В. Дальнейшие действия зависят от характера неисправностей.

Если на дисплее отображается только часть информации, начиная с некоторого места, то самая вероятная причина – выход из строя микросхемы сдвигового регистра. Неисправная микросхема не передает данные дальше по цепочке, поэтому наблюдается именно такая картина. Если не отображается один или более столбцов, то необходимо проверить ключевые транзисторы этих столбцов, а также сдвиговый регистр, управляющий ими. Аналогично проверяются строковые ключи, если не горит одна из 8 строк.

Если на дисплее не горит ни один светодиод, то проверку надо начинать с напряжения питания +5В. Далее проверяется напряжение питания матрицы. Если какое-либо из них отсутствует, производится замена соответствующего стабилизатора.

Если все в норме, но изображения на матрице не формируется, то скорее всего дело в микроконтроллере. Необходимо проверить наличие тактовых импульсов на кварцевом резонаторе. Если их нет, может быть неисправен кварц. Это устраняется простой его заменой. Если и после этого панель не работает, необходимо поменять контроллер.

Отсутствие связи с ПК может говорить о неполадках адаптера интерфейса RS-232. Проверяется напряжение +10В на выводе 2, -10В на выводе 6; напряжение примерно 4..5В на конденсаторах C19, C20. Отсутствие любого из них может говорить о неисправности как соответствующего конденсатора, так и микросхемы DA3.

3.9 Техническое обслуживание

В процессе эксплуатации дополнительное техническое обслуживание панели не требуется. Достаточно периодически убирать пыль с корпуса пылесосом, щеткой или сухой тряпкой.

Техническое обслуживание панели выполняется с целью поддержания его в работоспособном состоянии, предупреждения сбоев, ошибок в работе, и заключается в проведении периодических мероприятий, указанных в таблице 9.\

3.10 Предложение по дальнейшей модернизации